JP2005256630A - Spark ignition type direct injection engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spark ignition type direct injection engine capable of performing uniform combustion of excellent characteristic by improving homogeneity of an air-fuel mixture. <P>SOLUTION: This spark ignition type direct injection engine is provided with a combustion chamber 10, an ignition plug 32, an intake valve 20, an exhaust valve 22 opposed to the intake valve, an injector 36 adjoining the intake valve, and a fuel injection control means. The injector is provided with a plurality of nozzle holes, and at least one of the nozzle holes is arranged so that its axis points to the exhaust valve, while at least one of the nozzle holes is arranged so that its axis points to a crown face of a piston. The fuel injection control means performs divided injection control for injecting fuel from the injector divided in an intake stroke and a compression stroke in a high load or high rotation region. Injection in the compression stroke is performed in at least two steps from the middle stage of the compression stroke onward. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、火花点火式直噴エンジンに関し、特に、複数の噴口を有するインジェクタを備えた火花点火式直噴エンジンに関する。   The present invention relates to a spark ignition direct injection engine, and particularly to a spark ignition direct injection engine including an injector having a plurality of injection holes.

燃料を燃焼室内に直接噴射するインジェクタを備えた火花点火式直噴エンジンが知られている。この種のエンジンでは、圧縮行程に燃料噴射を行って点火プラグ近傍に混合気を偏在させて成層燃焼を行い、燃費を向上させることができるように構成されている。本発明はこのような技術に基づいて、開発されたものである。   There is known a spark ignition type direct injection engine provided with an injector for directly injecting fuel into a combustion chamber. This type of engine is configured to improve fuel efficiency by performing fuel injection during the compression stroke, causing the air-fuel mixture to be unevenly distributed near the spark plug and performing stratified combustion. The present invention has been developed based on such a technique.

上述したような直噴エンジンでは、全負荷時等の所定の条件下では、吸気行程に燃料噴射を行い混合気を筒内で均一に分布させて燃焼させる均一燃焼を行なっている。しかしながら、直噴エンジンでは、点火プラグ近傍に混合気を偏在させて成層燃焼を行うのに適した構成とされているため、吸気行程における燃料噴射によって均一燃焼を行わせようとすると、混合気が気化不良または不均一となり必要なトルクが得られず、また、全負荷時には、スモーク、パーティキュレート、HCが発生する等の問題が生ずることがあった。   In the direct injection engine as described above, under a predetermined condition such as at the time of full load, fuel is injected during the intake stroke, and the air-fuel mixture is uniformly distributed in the cylinder and burned uniformly. However, in a direct injection engine, since the mixture is unevenly distributed in the vicinity of the spark plug and is suitable for stratified combustion, when the uniform combustion is performed by fuel injection in the intake stroke, the mixture is The required torque cannot be obtained due to poor vaporization or unevenness, and problems such as smoke, particulates, and HC may occur at full load.

本願発明の発明者等は、直噴エンジンにおいて、インジェクタ噴口の軸心(燃料噴射の中心軸線)の方向およびインジェクタからの噴射タイミング等を工夫することによって、噴射された燃料の気化/ミキシングが促進され、エンジン負荷が高い領域においても、燃焼室内における混合気の均質性を向上させることができることを見出した。   The inventors of the present invention promote the vaporization / mixing of the injected fuel in the direct injection engine by devising the direction of the axis of the injector nozzle (center axis of fuel injection) and the injection timing from the injector. It was found that the homogeneity of the air-fuel mixture in the combustion chamber can be improved even in a region where the engine load is high.

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、混合気の均質性が向上され、優れた特性の均一燃焼を行うことができる火花点火式直噴エンジンを提供することを目的とする。   The present invention has been made based on such knowledge, and an object thereof is to provide a spark ignition type direct injection engine capable of improving the homogeneity of the air-fuel mixture and performing uniform combustion with excellent characteristics. To do.

本発明によれば、シリンダとシリンダヘッドとピストンによって構成される燃焼室と、該燃焼室の上部中央に配置された点火プラグと、前記燃焼室の天井部に配置された吸気弁と、前記点火プラグを挟んで前記吸気弁と対向する位置に配置された排気弁と、該吸気弁に隣接して配置され前記燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、該インジェクタからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを備えている火花点火式直噴エンジンであって、前記インジェクタが複数の噴口を備え、該噴口の少なくとも1つは、その軸心が、前記排気弁に指向するように配置され、前記噴口の少なくとも1つは、その軸心が、前記ピストンの冠面に指向するように配置され、前記燃料噴射制御手段が、高負荷または高回転領域では、吸気行程と圧縮行程とに分けて前記インジェクタから燃料を噴射させる分割噴射制御を行い、前記圧縮行程の噴射は、圧縮行程中期以降に少なくとも2回に分けて行われることを特徴とする火花点火式直噴エンジンが提供される。   According to the present invention, a combustion chamber composed of a cylinder, a cylinder head, and a piston, an ignition plug disposed in the upper center of the combustion chamber, an intake valve disposed on a ceiling portion of the combustion chamber, and the ignition An exhaust valve disposed at a position facing the intake valve across the plug, an injector disposed adjacent to the intake valve and injecting fuel into the combustion chamber, and fuel injection for controlling fuel injection from the injector A spark ignition direct injection engine including a control means, wherein the injector includes a plurality of injection holes, and at least one of the injection holes is disposed such that an axis thereof is directed to the exhaust valve; At least one of the nozzle holes is arranged such that its axial center is directed to the crown surface of the piston, and the fuel injection control means performs an intake stroke and a compression stroke in a high load or high rotation range. Thus, there is provided a spark ignition direct injection engine characterized in that split injection control for injecting fuel from the injector is performed, and the injection in the compression stroke is performed at least twice after the middle of the compression stroke. .

このような構成によれば、高負荷または高回転領域では、吸気行程噴射で燃焼室上部に混合気を偏在させ、筒内圧が高くなり噴射された燃料の動きが抑制された状態で行われる圧縮行程中期以降の第1回目の噴射で排気側から点火プラグ回りの空間に混合気を偏在させ、ピストンが上死点に近づいて噴射燃料が押し上げられる状態で行われる圧縮行程中期以降での第2目の噴射で点火プラグ下方の空間に混合気を偏在させる。この結果、吸気行程の噴射と圧縮行程の2回の噴射とによって、燃焼室全体に混合気が均一に分散される。このため高負荷または高回転領域における混合気の均質性が向上され、スモーク、HCが削減される。
さらに、筒内温度が上昇する圧縮行程に燃料噴射が行われるので、噴射された燃料の気化潜熱で筒内温度が下げられノッキングが抑制される。
According to such a configuration, in a high load or high speed region, compression is performed in a state where the air-fuel mixture is unevenly distributed in the upper portion of the combustion chamber by intake stroke injection and the in-cylinder pressure is increased and the movement of the injected fuel is suppressed. In the first injection after the middle of the stroke, the air-fuel mixture is unevenly distributed in the space around the spark plug from the exhaust side, and the second after the middle of the compression stroke performed in a state where the piston approaches the top dead center and the injected fuel is pushed up. The air-fuel mixture is unevenly distributed in the space below the spark plug by the injection of the eyes. As a result, the air-fuel mixture is uniformly dispersed throughout the combustion chamber by the injection in the intake stroke and the two injections in the compression stroke. For this reason, the homogeneity of the air-fuel mixture in a high load or high rotation region is improved, and smoke and HC are reduced.
Further, since fuel injection is performed during the compression stroke in which the in-cylinder temperature rises, the in-cylinder temperature is lowered by the latent heat of vaporization of the injected fuel, and knocking is suppressed.

本発明の他の好ましい態様によれば、前記燃料噴射制御手段は、吸気行程における噴射を吸気行程中期に実行させる。   According to another preferred aspect of the present invention, the fuel injection control means causes the injection in the intake stroke to be executed in the middle of the intake stroke.

本発明の他の好ましい態様によれば、前記燃料噴射制御手段は、前記吸気行程における噴射の燃料噴射量Q1と、圧縮行程における第1回目の噴射の燃料噴射量Q2と、圧縮行程における第2回目以降の噴射の燃料噴射量Q3とが、Q1>Q2≧Q3の関係を満たすように、燃料噴射量を制御する。
このような構成によれば、スモーク、HCの排出量を削減させつつ必要なトルクが確保される。
According to another preferred aspect of the present invention, the fuel injection control means includes a fuel injection amount Q1 of the injection in the intake stroke, a fuel injection amount Q2 of the first injection in the compression stroke, and a second in the compression stroke. The fuel injection amount is controlled so that the fuel injection amount Q3 of the subsequent injections satisfies the relationship of Q1> Q2 ≧ Q3.
According to such a configuration, necessary torque is ensured while reducing smoke and HC emission.

本発明の他の好ましい態様によれば、前記燃料噴射制御手段は、高負荷領域ではQ2>Q3の関係を満たすように、それ以外の領域ではQ2≧Q3の関係を満たすように、燃料噴射量を制御する。   According to another preferred aspect of the present invention, the fuel injection control means has a fuel injection amount so as to satisfy a relationship of Q2> Q3 in a high load region and to satisfy a relationship of Q2 ≧ Q3 in other regions. To control.

本発明の他の好ましい態様によれば、軸心が前記ピストンの冠面に指向するように配置された前記噴口が複数、設けられ、該複数の噴口の軸心が、シリンダの中間位置に位置するピストンの冠面に指向されている。   According to another preferred aspect of the present invention, there are provided a plurality of the nozzle holes arranged such that the axis is directed to the crown surface of the piston, and the axes of the nozzle holes are positioned at intermediate positions of the cylinder. Oriented to the crown of the piston.

本発明の他の好ましい態様によれば、前記ピストンの冠面に凹部が形成され、前記複数の噴口の軸心が、前記凹部の開口縁に指向されている。
このような構成によれば、ピストン冠面の凹部の開口縁に燃料が噴射されるので、縁部に衝突した燃料が、効果的に拡散し、ミキシングが促進される。
According to another preferred aspect of the present invention, a recess is formed in the crown surface of the piston, and the axial centers of the plurality of nozzle holes are directed to the opening edge of the recess.
According to such a configuration, since the fuel is injected to the opening edge of the concave portion of the piston crown surface, the fuel colliding with the edge portion is effectively diffused and mixing is promoted.

本発明によれば、混合気の均質性が向上され、優れた特性の均一燃焼を行うことができる火花点火式直噴エンジンが提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the spark-ignition type direct injection engine which can improve the homogeneity of air-fuel | gaseous mixture and can perform the uniform combustion of the outstanding characteristic is provided.

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態の火花点火式直噴エンジンの構成について詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態の火花点火式直噴エンジン1の概略的な構成を示す図面であり、図2はエンジンの燃焼室付近を拡大した断面図である。
エンジン1は、直列に配置された4本の気筒2(図1では1本のみを示す)が形成されたシリンダブロック4と、このシリンダブロック4上に配置されたシリンダヘッド6とを備えている。気筒(シリンダ)2内には、ピストン8が上下方向に往復動可能に配置されている。
Hereinafter, a configuration of a spark ignition direct injection engine according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a spark ignition direct injection engine 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of the vicinity of the combustion chamber of the engine.
The engine 1 includes a cylinder block 4 in which four cylinders 2 (only one is shown in FIG. 1) arranged in series are formed, and a cylinder head 6 arranged on the cylinder block 4. . A piston 8 is disposed in the cylinder 2 so as to be able to reciprocate in the vertical direction.

図3は、ピストン8の冠面を示す平面図であり、図4は図3のIV−IV線に沿った断面図である。図3及び図4に示されているように、ピストン8の冠面には、上方に向かって開口する凹状のキャビティ9が形成されている。キャビティ9は、図3に示されているように、長円形の開口部を上端に有する半ラグビーボール状の形状を有している。また、キャビティ9は、図4に示されているように、その開口縁9aが円弧状の断面(アール形状)とされている。   3 is a plan view showing a crown surface of the piston 8, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. As shown in FIGS. 3 and 4, a concave cavity 9 that opens upward is formed on the crown surface of the piston 8. As shown in FIG. 3, the cavity 9 has a semi-rugby ball shape having an oval opening at the upper end. Further, as shown in FIG. 4, the cavity 9 has an opening edge 9a having an arcuate cross section (R shape).

ピストン8とシリンダヘッド6との間には燃焼室10が形成されている。燃焼室10は、図2に示すように、気筒2の天井部の略中央部からシリンダヘッド6の下端面付近まで延びる2つの傾斜面を備えたいわゆるペントルーフ型燃焼室とされている。
一方、シリンダブロック4内のピストン8の下方には、クランク軸12が回転自在に支持されており、このクランク軸12とピストン8とはコネクティングロッド14を介して連結されている。
A combustion chamber 10 is formed between the piston 8 and the cylinder head 6. As shown in FIG. 2, the combustion chamber 10 is a so-called pent roof type combustion chamber having two inclined surfaces extending from a substantially central portion of the ceiling portion of the cylinder 2 to the vicinity of the lower end surface of the cylinder head 6.
On the other hand, a crankshaft 12 is rotatably supported below the piston 8 in the cylinder block 4, and the crankshaft 12 and the piston 8 are connected via a connecting rod 14.

図1、図2に示されているように、シリンダヘッド6には、吸気ポート16及び排気ポート18が、それぞれ2つずつ(図1、図2では、いずれも一方のみを図示)、並列状態で形成されている。この2つの吸気ポート16は、それぞれ、燃焼室の一方の傾斜面に開口され、各吸気ポート16には、所定のタイミングで開閉作動される吸気弁20が着座する。各吸気弁20は、略円形を有し吸気ポート16を開閉する弁傘部20aと、弁傘部20aの中心から延びる棒状のステム20bとを備えた公知の形状である。また、2つの排気ポート18には、燃焼室の他方の傾斜面に開口され、排気ポート18に所定のタイミングで開閉作動される排気弁22が着座する。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the cylinder head 6 has two intake ports 16 and two exhaust ports 18 in parallel (only one of them is shown in FIGS. 1 and 2). It is formed with. Each of the two intake ports 16 is opened on one inclined surface of the combustion chamber, and an intake valve 20 that is opened and closed at a predetermined timing is seated on each intake port 16. Each intake valve 20 has a generally circular shape and includes a valve umbrella portion 20a that opens and closes the intake port 16, and a rod-shaped stem 20b that extends from the center of the valve umbrella portion 20a. The two exhaust ports 18 are seated with exhaust valves 22 that are opened on the other inclined surface of the combustion chamber and are opened and closed at a predetermined timing.

図1に示すように、エンジン1の一側面には、各気筒2の吸気ポート16にそれぞれ連通する吸気通路24が接続されている。この吸気通路24は、エンジン1の燃焼室10にエアクリーナ(不図示)で濾過された吸気を供給するためのものであり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジン1に吸入される吸入空気量を検出するためのホットワイヤ式エアフローセンサ26と、吸気通路24を絞る電気式スロットル弁28と、サージタンク30とが配置されている。電気式スロットル弁28は、アクセルペダル(不図示)に対し機械的に連結されておらず、図示しない電気式駆動モータにより駆動される。   As shown in FIG. 1, an intake passage 24 that communicates with the intake port 16 of each cylinder 2 is connected to one side of the engine 1. The intake passage 24 is for supplying the intake air filtered by an air cleaner (not shown) to the combustion chamber 10 of the engine 1. The intake passage 24 is sucked into the engine 1 in order from the upstream side to the downstream side. A hot wire air flow sensor 26 for detecting the amount of air, an electric throttle valve 28 for restricting the intake passage 24, and a surge tank 30 are arranged. The electric throttle valve 28 is not mechanically connected to an accelerator pedal (not shown) and is driven by an electric drive motor (not shown).

また、吸気通路24は、サージタンク30よりも下流側が各気筒2に接続された独立通路に分岐され、その各独立通路の下流端部は、さらに2つに分岐して各気筒の2つの吸気ポート16にそれぞれ接続されている。   Further, the intake passage 24 is branched into independent passages connected to the cylinders 2 on the downstream side of the surge tank 30, and the downstream end portion of the independent passages is further branched into two to provide two intake air for each cylinder. Each port 16 is connected.

また、燃焼室10の上部中央には、4つの吸排気弁20、20、22、22の略中心に、点火プラグ32が配置されている。この点火プラグ32の先端の電極32aは、燃焼室10の天井部から所定距離だけ突出した位置にあり、その点火プラグ32の基端部には点火回路34が接続されており、気筒2毎に所定のタイミングで点火プラグ32に通電するように構成されている。   A spark plug 32 is disposed at the center of the upper portion of the combustion chamber 10 at substantially the center of the four intake / exhaust valves 20, 20, 22, 22. An electrode 32 a at the tip of the spark plug 32 is located at a position protruding a predetermined distance from the ceiling of the combustion chamber 10, and an ignition circuit 34 is connected to the base end of the spark plug 32. The ignition plug 32 is energized at a predetermined timing.

各燃焼室10の周縁部の吸気弁20間にはインジェクタ36が取付けられている。インジェクタ36は、先端部に複数の噴口が形成された所謂マルチホール型のインジェクタであり、点火プラグ32の電極部32aを挟んで、排気弁22と対向するように配置されている。
各インジェクタ36は燃料分配管38が接続されている。燃料分配管38は、燃料供給系40から供給される高圧の燃料を各インジェクタ36に供給する。
An injector 36 is attached between the intake valves 20 at the peripheral edge of each combustion chamber 10. The injector 36 is a so-called multi-hole injector in which a plurality of injection holes are formed at the tip, and is disposed so as to face the exhaust valve 22 with the electrode portion 32a of the spark plug 32 interposed therebetween.
Each injector 36 is connected to a fuel distribution pipe 38. The fuel distribution pipe 38 supplies high-pressure fuel supplied from the fuel supply system 40 to each injector 36.

エンジン1の他側面には、図1に示すように、燃焼室10から排気ガスを排出する排気通路42が接続されている。この排気通路42の上流端は、分岐して各気筒2の排気ポート18に接続される排気マニホールド44とされている。排気マニホールド44の集合部には排気中の酸素濃度を検出するリニアO2センサ46が配置されている。リニアO2センサ46は排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。   As shown in FIG. 1, an exhaust passage 42 that exhausts exhaust gas from the combustion chamber 10 is connected to the other side of the engine 1. The upstream end of the exhaust passage 42 is an exhaust manifold 44 that is branched and connected to the exhaust port 18 of each cylinder 2. A linear O2 sensor 46 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is disposed at the collection portion of the exhaust manifold 44. The linear O2 sensor 46 detects the air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust.

また、排気マニホールド44の集合部には、排気管48の上流端が接続されている。排気管48には、上流側から下流側に向けて順に、三元触媒50、NOx吸収触媒52が取付けられている。NOx吸収触媒52は、排気中の酸素濃度の高いときNOxを吸着する一方、酸素濃度の低下に伴い吸着していたNOxを放出し、放出したNOxを排気中のHC、CO等により還元するNOx吸着還元タイプの触媒である。   Further, the upstream end of the exhaust pipe 48 is connected to the collecting portion of the exhaust manifold 44. A three-way catalyst 50 and a NOx absorption catalyst 52 are attached to the exhaust pipe 48 in order from the upstream side to the downstream side. The NOx absorption catalyst 52 adsorbs NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, releases NOx adsorbed as the oxygen concentration decreases, and reduces the released NOx by HC, CO, etc. in the exhaust gas. It is an adsorption reduction type catalyst.

また、排気管48には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるEGR通路54の上流端が接続されている。EGR通路54の下流端は、スロットル弁28とサージタンク30との間で吸気通路24に接続されている。また、EGR通路54には、開度が電気的に調整可能であるEGR弁56が設けられている。   The exhaust pipe 48 is connected to an upstream end of an EGR passage 54 that recirculates a part of the exhaust gas to the intake system. The downstream end of the EGR passage 54 is connected to the intake passage 24 between the throttle valve 28 and the surge tank 30. The EGR passage 54 is provided with an EGR valve 56 whose opening degree can be adjusted electrically.

図1に示されているように、エンジン1は、ECU(エンジンコントロールユニット)58を備えている。ECU58には、クランク軸12の回転角度(エンジン回転数)を検出するクランク角センサ60、エアフローセンサ26、リニアO2センサ46、アクセル開度センサ62等の種々のセンサからの出力信号が入力され、入力された出力信号に基づいて、点火回路34、インジェクタ36、電気式スロットル弁28、EGR弁56等の作動が制御される。   As shown in FIG. 1, the engine 1 includes an ECU (engine control unit) 58. The ECU 58 receives output signals from various sensors such as a crank angle sensor 60 that detects the rotation angle (engine speed) of the crankshaft 12, the airflow sensor 26, the linear O2 sensor 46, and the accelerator opening sensor 62, Based on the input output signal, the operations of the ignition circuit 34, the injector 36, the electric throttle valve 28, the EGR valve 56, and the like are controlled.

図5(a)は、本実施形態のエンジン1において行われる燃料噴射制御で用いられる制御マップを示す。図5(a)に示されているように、本実施形態のエンジンではECU58の制御により、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて噴射させる分割噴射制御と、燃料を吸気行程で1回噴射させる一括噴射制御が切り換えて行われる。
すなわち、本実施形態のエンジンでは、エンジン低回転領域では低負荷から、中回転領域では高負荷のときに、高回転領域では中負荷から分割噴射が行われ、他の領域では一括噴射とされている。これは一般的に直噴ガソリンエンジンでは中回転領域では混合気が均質化し易いので、本実施形態では、中回転領域では、高負荷領域だけで分割噴射としている。尚、中回転領域では高負荷領域でも分割噴射を行わない構成でもよい。
Fig.5 (a) shows the control map used by the fuel-injection control performed in the engine 1 of this embodiment. As shown in FIG. 5 (a), in the engine of the present embodiment, split injection control in which fuel is injected separately into an intake stroke and a compression stroke, and fuel is injected once in an intake stroke, under the control of the ECU 58. The batch injection control to be performed is performed by switching.
That is, in the engine of the present embodiment, split injection is performed from a low load in the engine low rotation region, a high load in the middle rotation region, a medium load in the high rotation region, and a batch injection in the other regions. Yes. In general, in a direct-injection gasoline engine, the air-fuel mixture is easily homogenized in the middle rotation region. Therefore, in the present embodiment, the split injection is performed only in the high load region in the middle rotation region. In the middle rotation region, a configuration in which divided injection is not performed even in a high load region may be employed.

また、高回転域での均質化を狙ったエンジンでは、図5(b)に示されているように、高回転域では一括噴射あるいは分割噴射を開始する負荷が高くなるような制御特性に設定してもよい。このようなエンジンの場合には、回転数が低くなるほど一括噴射では均質性が悪化するため、低回転になるほど分割噴射を開始する負荷を低く設定している。   Also, as shown in Fig. 5 (b), the control characteristics are set so that the load for starting batch injection or split injection becomes high in the high rotation range for an engine aimed at homogenization in the high rotation range. May be. In the case of such an engine, the homogeneity deteriorates in the collective injection as the rotational speed becomes lower. Therefore, the load for starting the divided injection is set lower as the rotational speed becomes lower.

さらに、低回転域での均質化を狙ったエンジンでは、図5(c)に示されているように、全回転域において、高負荷側で分割噴射を行う制御特性に設定してもよい。   Further, in an engine aiming at homogenization in a low rotation range, as shown in FIG. 5C, control characteristics for performing split injection on the high load side in the entire rotation range may be set.

本実施形態の分割噴射では、図6のタイムチャートに示されているように、吸気行程で1回、圧縮行程で2回の合計3回の燃料噴射が行われる。吸気行程での噴射は、吸気流の流速が高くなる吸気行程中期に行われるのが好ましい。具体的には、吸気行程における噴射時期は、上死点後(ATDC)0°〜100°に噴射を開始し、上死点後(ATDC)100°〜200°に噴射が完了するように吸気行程における噴射時期を設定するのが好ましく、上死点後(ATDC)60°〜120°の範囲に噴射時期が存在するように設定するのがより好ましい。   In the divided injection of the present embodiment, as shown in the time chart of FIG. 6, fuel injection is performed three times in total, once in the intake stroke and twice in the compression stroke. The injection in the intake stroke is preferably performed in the middle of the intake stroke where the flow velocity of the intake flow is high. Specifically, the injection timing in the intake stroke is such that the injection starts at 0 ° to 100 ° after top dead center (ATDC) and completes at 100 ° to 200 ° after top dead center (ATDC). It is preferable to set the injection timing in the stroke, and it is more preferable to set so that the injection timing exists in the range of 60 ° to 120 ° after top dead center (ATDC).

また、圧縮行程での第1の噴射は、筒内圧が高くなり噴射された燃料の動きが抑制される時期である圧縮行程中期以降の、例えば、圧縮上死点前(BTDC)30°〜140°の時期に行われるのが好ましい。   The first injection in the compression stroke is, for example, before the compression top dead center (BTDC) 30 ° to 140 after the middle of the compression stroke, which is the time when the cylinder pressure becomes high and the movement of the injected fuel is suppressed. It is preferably performed at the time of °.

さらに、圧縮行程での第2の噴射は、ピストンが上死点に近づいて噴射燃料が押し上げられる時期である圧縮行程中期以降の、例えば、圧縮上死点前(BTDC)0°〜90°の時期に行われるのが好ましい。   Further, the second injection in the compression stroke is, for example, before the compression top dead center (BTDC) 0 ° to 90 ° after the middle of the compression stroke, which is a time when the piston approaches the top dead center and the injected fuel is pushed up. It is preferred to be done at the time.

吸気行程での燃料噴射の噴射量Q1と、圧縮行程での第1回目の燃料噴射の噴射量Q2と、圧縮行程での第2回目の燃料噴射の噴射量Q3とは、Q1>Q2≧Q3の関係を満たすように設定されている。
さら、高負荷領域では、Q2>Q3の関係が満たされるように、それ以外の領域ではQ2≧Q3の関係が満たされるように、燃料噴射量が設定されている。
The injection amount Q1 of the fuel injection in the intake stroke, the injection amount Q2 of the first fuel injection in the compression stroke, and the injection amount Q3 of the second fuel injection in the compression stroke are: Q1> Q2 ≧ Q3 It is set to satisfy the relationship.
Further, the fuel injection amount is set so that the relationship of Q2> Q3 is satisfied in the high load region, and the relationship of Q2 ≧ Q3 is satisfied in the other regions.

また、分割噴射が行われない領域では、吸気行程で燃料が一括して噴射される均一燃料が実行される。   Further, in the region where the divided injection is not performed, uniform fuel is executed in which fuel is injected all at once in the intake stroke.

次に、インジェクタ36に形成されている複数の噴口の配置について説明する。図7はインジェクタ36の先端における複数の噴口の配置もしくは噴射が狙う位置を示す図面である。図7に示されているように、本実施形態のインジェクタ36の噴口64は、上方に配置された2つの噴口(上方噴口)64a、64bと、下方に配置された4つの噴口(下方噴口)64c、64d、64e、64fからなる。本実施形態では、各噴口は同一直径(約0.15mm)であり、更に、各噴口から噴射される燃料の拡がり(噴射角)も同一である。   Next, the arrangement of the plurality of nozzle holes formed in the injector 36 will be described. FIG. 7 is a drawing showing the arrangement of a plurality of nozzle holes at the tip of the injector 36 or the position where injection is aimed. As shown in FIG. 7, the injection hole 64 of the injector 36 according to the present embodiment includes two injection holes (upper injection holes) 64 a and 64 b arranged above, and four injection holes (lower injection holes) arranged below. 64c, 64d, 64e, 64f. In this embodiment, each nozzle hole has the same diameter (about 0.15 mm), and the spread (injection angle) of the fuel injected from each nozzle hole is also the same.

上方噴口64a、64bの軸心66a、66b、即ち、燃料噴射方向(噴射される燃料の中心軸)は、それぞれ、点火プラグ32の電極部32aの左右の領域を通って、排気弁22に指向するように配置されている。   The axial centers 66a and 66b of the upper injection holes 64a and 64b, that is, the fuel injection direction (center axis of the injected fuel) are directed to the exhaust valve 22 through the left and right regions of the electrode portion 32a of the spark plug 32, respectively. Are arranged to be.

下方噴口64c、64d、64e、64fは、その軸心66c、66d、66e、66fが、ピストン8が気筒2(シリンダ)の高さ方向の中間位置に位置しているとき、このピストンの冠面に指向するように配置されている。詳細には、下方噴口64c、64d、64e、64fは、その軸心66c、66d、66e、66fが、中間位置にあるピストン8冠面のキャビティ9の上端縁9a近傍領域(図3に点線で示す)に、それぞれ、指向するように配置されている。従って、ピストン8が中間位置にあるときに下方噴口64c、64d、64e、64fから噴射された燃料は、図3に点線で示された領域に衝突する。   The lower nozzle holes 64c, 64d, 64e, and 64f have their axial centers 66c, 66d, 66e, and 66f, when the piston 8 is located at an intermediate position in the height direction of the cylinder 2 (cylinder). It is arranged to point to. Specifically, the lower nozzle holes 64c, 64d, 64e, and 64f have regions in the vicinity of the upper edge 9a of the cavity 9 of the crown surface of the piston 8 in which the axial centers 66c, 66d, 66e, and 66f are located at intermediate positions (indicated by dotted lines in FIG. 3). Are arranged so as to be oriented. Therefore, the fuel injected from the lower nozzle holes 64c, 64d, 64e, 64f when the piston 8 is at the intermediate position collides with the region indicated by the dotted line in FIG.

さらに、各噴口64a、64b、64c、64d、64e、64fは、図8に示されているように、隣接する2つ噴口64x、64yの軸心66x、66yとの開き角Θが、吸気行程におけるそれぞれの噴口からの噴射角α、βの1/2の角度の和より大きな角度となるように配置されている。このような配置によって、各噴口から噴射された燃料が、相互に接触することが防止されている。   Further, as shown in FIG. 8, each of the nozzle holes 64a, 64b, 64c, 64d, 64e, and 64f has an opening angle Θ with respect to the axial centers 66x and 66y of the two adjacent nozzle holes 64x and 64y. Are arranged so as to have an angle larger than the sum of ½ of the injection angles α and β from the respective nozzle holes. Such an arrangement prevents the fuel injected from each nozzle from coming into contact with each other.

このような構成を有する本実施形態のエンジンによれば、分割噴射が行われるときには、圧縮行程で噴射される燃料の量が、吸気行程で噴射される燃料の量に比べて少なく設定されているので、圧縮行程で噴射された燃料が気化されずに、スモーク等が発生することが抑制される。特に、スモークが発生しやすい高負荷時には、圧縮行程の2回目の噴射量を、1回目の噴射量に対して少なく設定しているので、スモークの発生が効果的に抑制される。   According to the engine of the present embodiment having such a configuration, when split injection is performed, the amount of fuel injected in the compression stroke is set to be smaller than the amount of fuel injected in the intake stroke. Therefore, the occurrence of smoke or the like is suppressed without the fuel injected in the compression stroke being vaporized. In particular, when the load is likely to cause smoke, the second injection amount in the compression stroke is set to be smaller than the first injection amount, so that the occurrence of smoke is effectively suppressed.

また、ピストン8の冠面に向けられた下方噴口の軸線が、円弧状(アール形状)とされたキャビティ9の開口縁9aに指向されているので、ピストン8が中間位置にあるときに、下方噴口64c、64d、64e、64fから噴射された燃料は、円弧状の縁部9aに衝突して速やかに周囲に拡散する。このため混合気の均質性が向上する。   Further, since the axis of the lower nozzle hole directed to the crown surface of the piston 8 is directed to the opening edge 9a of the arc 9 (R-shaped) cavity 9, when the piston 8 is at the intermediate position, The fuel injected from the nozzle holes 64c, 64d, 64e, and 64f collides with the arcuate edge 9a and quickly diffuses to the surroundings. For this reason, the homogeneity of the air-fuel mixture is improved.

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術事項の範囲内で種々の変更又は変形が可能である。
インジェクタの噴口の数、および、配置は上記実施形態のものに限定されない。また、上記実施形態では、高負荷または低回転または高回転領域では、圧縮行程に2回の燃料噴射を行う構成であったが、圧縮行程に3回以上の噴射を行う構成でも良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes or modifications can be made within the scope of the technical matters described in the claims.
The number and arrangement of the nozzle holes of the injector are not limited to those of the above embodiment. Moreover, in the said embodiment, although it was the structure which performs fuel injection twice in a compression stroke in a high load or low rotation, or a high rotation area | region, the structure which injects three times or more in a compression stroke may be sufficient.

本発明の好ましい実施形態の火花点火式直噴エンジンの概略的な構成を示す図面である。It is drawing which shows schematic structure of the spark ignition direct injection engine of preferable embodiment of this invention. 図1のエンジンの燃焼室付近を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which the combustion chamber vicinity of the engine of FIG. 1 was expanded. 図1のエンジンのピストン冠面を示す平面図である。It is a top view which shows the piston crown surface of the engine of FIG. 図3のIV−IV線に沿った断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 図1のエンジンにおいて行われる燃料噴射制御の制御マップである。2 is a control map of fuel injection control performed in the engine of FIG. 1. 図1のエンジンにおける分割噴射時の燃料噴射のタイムチャートである。It is a time chart of the fuel injection at the time of the division | segmentation injection in the engine of FIG. 図1のエンジンにおける噴口の配置を示す図面である。It is drawing which shows arrangement | positioning of the nozzle hole in the engine of FIG. 隣接する噴口の軸心間の角度と、各噴口からの噴射角との関係を示す模式的な図面である。It is a schematic drawing which shows the relationship between the angle between the axial centers of an adjacent nozzle hole, and the injection angle from each nozzle hole.

符号の説明Explanation of symbols

1:エンジン
2:気筒
10:燃焼室
20:吸気弁
22:排気弁
32:点火プラグ
36:インジェクタ
64:噴口
64a、64b:上方噴口
64c、64d、64e、64f:下方噴口
66a、66b、66c、66d、66e、66f:(噴口の)軸心
1: Engine 2: Cylinder 10: Combustion chamber 20: Intake valve 22: Exhaust valve 32: Spark plug 36: Injector 64: Injection port 64a, 64b: Upper injection port 64c, 64d, 64e, 64f: Lower injection port 66a, 66b, 66c, 66d, 66e, 66f: axial center of the nozzle

Claims (6)

シリンダとシリンダヘッドとピストンによって構成される燃焼室と、該燃焼室の上部中央に配置された点火プラグと、前記燃焼室の天井部に配置された吸気弁と、前記点火プラグを挟んで前記吸気弁と対向する位置に配置された排気弁と、該吸気弁に隣接して配置され前記燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、該インジェクタからの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを備えている火花点火式直噴エンジンであって、
前記インジェクタが複数の噴口を備え、
該噴口の少なくとも1つは、その軸心が、前記排気弁に指向するように配置され、
前記噴口の少なくとも1つは、その軸心が、前記ピストンの冠面に指向するように配置され、
前記燃料噴射制御手段が、高負荷または高回転領域では、吸気行程と圧縮行程とに分けて前記インジェクタから燃料を噴射させる分割噴射制御を行い、前記圧縮行程の噴射は、圧縮行程中期以降に少なくとも2回に分けて行われる、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
A combustion chamber composed of a cylinder, a cylinder head, and a piston; an ignition plug disposed at an upper center of the combustion chamber; an intake valve disposed on a ceiling portion of the combustion chamber; and the intake air sandwiching the ignition plug An exhaust valve disposed at a position opposite to the valve; an injector disposed adjacent to the intake valve for injecting fuel into the combustion chamber; and fuel injection control means for controlling fuel injection from the injector. A spark ignition direct injection engine,
The injector includes a plurality of nozzle holes;
At least one of the nozzle holes is arranged such that its axis is directed to the exhaust valve;
At least one of the nozzle holes is disposed such that an axis thereof is directed to a crown surface of the piston;
The fuel injection control means performs divided injection control in which fuel is injected from the injector in an intake stroke and a compression stroke in a high load or high rotation range, and the injection in the compression stroke is performed at least after the middle of the compression stroke. Done in two parts,
This is a spark ignition direct injection engine.
前記燃料噴射制御手段は、吸気行程における噴射を吸気行程中期に実行させる、
請求項1に記載の火花点火式直噴エンジン。
The fuel injection control means performs injection in the intake stroke in the middle of the intake stroke;
The spark ignition direct injection engine according to claim 1.
前記燃料噴射制御手段は、前記吸気行程における噴射の燃料噴射量Q1と、圧縮行程における第1回目の噴射の燃料噴射量Q2と、圧縮行程における第2回目以降の噴射の燃料噴射量Q3とが、Q1>Q2≧Q3の関係を満たすように、燃料噴射量を制御する、
請求項1または2に記載の火花点火式直噴エンジン。
The fuel injection control means includes: a fuel injection amount Q1 of the injection in the intake stroke; a fuel injection amount Q2 of the first injection in the compression stroke; and a fuel injection amount Q3 of the second and subsequent injections in the compression stroke. , Control the fuel injection amount so as to satisfy the relationship of Q1> Q2 ≧ Q3.
The spark ignition direct injection engine according to claim 1 or 2.
前記燃料噴射制御手段は、高負荷領域ではQ2>Q3の関係を満たすように、それ以外の領域ではQ2≧Q3の関係を満たすように、燃料噴射量を制御する、
請求項3に記載の火花点火式直噴エンジン。
The fuel injection control means controls the fuel injection amount so as to satisfy a relationship of Q2> Q3 in a high load region and satisfy a relationship of Q2 ≧ Q3 in other regions;
The spark ignition direct injection engine according to claim 3.
軸心が前記ピストンの冠面に指向するように配置された前記噴口が複数、設けられ、該複数の噴口の軸心が、シリンダの中間位置に位置するピストンの冠面に指向されている、
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の火花点火式直噴エンジン。
A plurality of the nozzle holes arranged such that the axis is directed to the crown surface of the piston are provided, and the axis of the nozzle holes is directed to the crown surface of the piston located at an intermediate position of the cylinder.
The spark ignition direct injection engine according to any one of claims 1 to 4.
前記ピストンの冠面に凹部が形成され、
前記複数の噴口の軸心が、前記凹部の開口縁に指向されている、
請求項5に記載の火花点火式直噴エンジン。
A recess is formed in the crown of the piston,
The axial centers of the plurality of nozzle holes are directed to the opening edge of the recess,
The spark ignition direct injection engine according to claim 5.
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